Методическое пособие 692

Принимаем z2 = 4. Допустимость этого выбора подтверждается тем, что в этом случае перенапряжение в материале не превышает 5%.

Проверяем материал заклепки и уголка на смятие:

Т.к. см < [ ]см – условие прочности выполнено.

Пример 2

Определить высоту косынки H, а также число и диаметр заклепок, соединяющих косынку со швеллер-

ной балкой, № 24а (рис. 9.2). Р = 150 кН; ℓ = 500 мм; b =

10 мм, С = 180 мм. Материал косынки, швеллера и заклепок сталь Ст.3. [σ]Р = 160 МПа; [σ]СМ = 320 МПа;

[τ]ср = 140 МПа.

Рис. 9.2 Заклепочное соединение

Решение

Из условия точности косынки на изгиб

129

Учитывая ослабление поперечного сечения деталей отверстиями под заклепки, определим потребный момент сопротивления

W

W P

где φ – коэффициент прочности шва; выбирается в пределах 0,6 0,85; принимаем φ = 0,75 [l, §17].

Определяем высоту Н косынки

По сортаменту ГОСТ 8240-72 для швеллера №24а выбираем высоту h = 240 мм, толщину стенки δ = 5,6 мм.

По конструктивным соотношениям [1, табл.9] выбираем число заклепок, их диаметр d и шаг t:

D = 2 · δ = 2 · 5,6 = 11,2 мм,

принимаем d = 12 мм; t = 4·d = 4·12 = 48мм.

Заклепочный шов двухрядный, в каждом вертикальном ряду располагаем z' заклепок:

принимаем z' = 13 , всего заклепок z' = 26.

Проверяем принятое заклепочное соединение на прочность. Расчет проводим для наиболее нагруженных заклепок,

130

которые находятся на максимальном расстоянии от нейтрального слоя.

Заклепки воспринимают поперечную силу Q = Р и изгибающий момент Мmax. Нагрузка в наиболее нагруженной заклепке от поперечной силы

от изгибающего момента [1, §17]

где m – число вертикальных рядов заклепок;

ℓ1 – расстояния заклепок от нейтрального стоя (рис.3.).

ℓ6 = t = 48 мм;

ℓ5 = 2 t = 2·48 = 96 мм;

ℓ4 = 144 мм; ℓ3 = 192 мм; ℓ2 = 240 мм; ℓ1 = 288 мм.

Рис. 9.3 Схема расположения заклепок

131

Суммарная сила на наиболее нагруженную заклепку

Напряжения среза в заклепке

ср > [ ]ср – заклепка оказалась перегруженной, поэтому необходимо увеличить диаметр и число заклепок. Принимаем диаметр заклепок d = 14 мм; число заклепок в вертикальном ряду z= 14; всего заклепок z = 28; шаг заклепок t = 4 d = 4·14 =

56 мм; при этом ℓ1 = 364 мм, ℓ2 = 308 мм, ℓ3 = 252 мм, ℓ5 = 140

мм, ℓ6 = 84 мм, ℓ7 = 28 мм.

Тогда нагрузка в наиболее нагруженной заклепке от поперечной силы

Т.е. СР СР .

Проверяем соединение по напряжениям смятия

132

Ввиду увеличения диаметра и числа заклепок пересчитаем размер высоты косынки

Н= t · z+ t = 56 · 14+56 = 840 мм.

10.СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Проектируемые сварные соединения должны отвечать условию равнопрочности сварного шва и соединяемых деталей. В соответствии с этим требованием для того или иного вида соединения выбирают соответствующий тип шва. Если соединение осуществляется несколькими швами, то их располагают так, чтобы они были равномерно нагружены.

Допускаемые напряжения сварных швов выбирают в зависимости от вида сварки, применяемых электродов и допускаемых напряжений на растяжение материала соединяемых деталей (табл. 1).

Примечание: [σ]р – допускаемые напряжения при растяжении металла свариваемых деталей.

Сварное соединения может быть стыковым или внахлестку. Стыковые швы рассчитывают на растяжение, сжатие и изгиб в плоскости шва в зависимости от направления и расположения нагрузки.

Условия прочности на растяжение соединения, нагруженного силой P

P

р P ;

Условия прочности на сжатие соединения, нагруженного силой P

P

сж сж ;

Условия прочности на растяжение соединения, нагруженного силой P и моментом M

6 М

2 P ,

где δ – наименьшая толщина детали; ℓ – длина шва.

Расчет соединений внахлестку, выполненных угловыми швами различного типа, унифицирован и производится по единым формулам на срез.

P

0,7 K

CP ,

где (0,7·K·ℓ) – площадь расчетного сечения (рис. 10.1)

Катет сварного шва, как правило, принимают равным толщине листов δ. При расчете может оказаться, что K < δ , в этом случае принимают: при δ > 3мм Kmin = 3 мм. Требуемую длину шва определяют из расчета соединения на прочность.

134

Допускаемые напряжения при переменных нагрузках определяют умножением допускаемых напряжений при статической нагрузке на коэффициент меньший [1, §22.]

Рис. 10.1 Соединение в нахлестку

При расчете сварных соединений втавр (рис. 10.2), выполненных угловым швом с обваркой по контуру, нередко возникают затруднения при определении моментов инерции расчетного сечения шва. В таких случаях можно пользоваться приближенными зависимостями [4].

Рис. 10.2 Соединение угловым швом

Момент инерции и момент сопротивления для прямоугольного поперечного сечения

для двутаврового профиля

Пример 3

Рассчитать сварное соединение двутавровой балки с колонной (рис.10.3). Р = 5 кН; а = 1 м. Сварка выполнена вручную электродом Э42А угловым швом по всему контуру профиля. Допускаемые напряжения материала балки на растяжение [σ]Р = 160 МПа.

Рис. 10.3 Расчетная схема соединения втавр

Решение

По табл.1 [1] выбираем допускаемое напряжение сварно-

го шва [τ]/ср = 0,65· [σ]Р = 0,65·160 = 104 МПа.

Из условия прочности балки на изгиб определяем потребный момент сопротивления

136

По сортаменту ГОСТ 8239-72 выбираем двутавровую балку №10, для которой: W = 39,7 см3; h = 100 мм (на рис. 8 h =

Н ); b = 55 мм и d = 4,5 мм.

Двутавр 10 ГОСТ 8239 72

Ст3 ГОСТ 11474 76

Определяем потребную высоту катета «K» сварного шва. Сварной шов воспринимает поперечную силу Q = Р = 5 кН. и изгибающий момент Мmax = 5 кН·м. В таких случаях расчет, обычно, проводят при следующих допущениях [6]: поперечная сила воспринимается только вертикальными швами; напряжения по длине сварных швов распределены равномерно.

Напряжения в сварном шве от поперечной силы Q

Q Q

Q Fb 2 H 0,7 K ,

где Fb – расчетная площадь вертикальных сварных швов. Напряжения от изгибающего момента

MM max ,

W

Откуда катет сварного шва K = 0,48 см = 48 мм.

Пример 5.

Рассчитать сварное соединение кронштейна с плитой (рис.10.4). Материал кронштейна сталь Ст. 3 [σ]Р = 160 МПа, допускаемое напряжение материала шва. [τ] ср = 104 МПа; Р = 100 кН. Соединение выполнено угловыми швами по контуру опорного сечения кронштейна. Угол α = 30°.

Рис. 10.4 Расчетная схема

Решение

Силу Р разложим на горизонтальную Рx и вертикальную Рy составляющие.

Рx = P·sinα = 100·0,5 = 50 кН. Рy = P·cosα = 86,6 кН.

Так как высота Н и ширина b кронштейна не заданы, то одной из этих величин необходимо задаться. Принимаем b = 20 мм. Определяем высоту кронштейна в заделке. Напряжение в наиболее опасной точке 1 равно

138